Эпоксидные полимеры в бетонных и железобетонных конструкциях

Усиление конструкций реконструированных зданий.

Усиление конструкций здания увязывается с проектом реконструкции и входит в состав проектной документации, составленной на основе технического заключения.

Технология монтажа строительных конструкций при реконструкции зданий требует обеспечения прочности, жесткости и устойчивости остова или каркаса здания в целом, а также сохраняемых после демонтажа конструкций (оснований, фундаментов, стен, перекрытий и покрытий).

Выбор метод и средств усиления зависит от того, используются ли
конструкции зданий в качестве опор монтажных машин. _ ___

Конструктивные элементы здания, которые не используются в качестве опор машин, но значительно ослаблены вследствие демонтажа смежных конструкций, также во многих случаях требуют усиления.

Да и новая эксплуатационная нагрузка (например, от более тяжелого оборудования) нередко требует усиления некоторых конструкций. Приходится также усиливать конструкции, получившие повреждения вследствие неграмотной эксплуатации.

На конструкции здания, служащие опорой монтажных машин, действуют следующие нагрузки:

- вес кровли, несущих конструкций зданий;

- вес снега;

- монтажных машин;

-монтируемых элементов;
- ветра.

Определив расчетную схему здания или сооружения и действующие нагрузки в послемонтажный период, выполняют расчет всех конструктивных элементов в соответствии с требованиями СНИПа. При необходимости проектируют усиление отдельных конструкций и узлов. Усиление при этом производят с изменением расчетной схемы или без нее. Чаще всего усиливают основания, фундаменты, стены, колонны, балки и плиты перекрытий. Проще всего это выполнить путем увеличения сечения. Большую заботу вызывает проблема сцепления «нового» бетона со «старым», без чего монолитность конструкций обеспечить невозможно. Большой эффект дает применение высокопрочных полимерных клеящих материалов, например, на основе эпоксидных смол (клеев, полимеррастворов и полимербетонов).

В середине прошлого века появилась группа интересных материалов - эпоксидные смолы, которые сразу же нашли широкое применение во многих отраслях промышленности и в быту. Стали они применяться и в строительстве. И этот интерес был оправдан, так как эпоксидные смолы и продукты на их основе обладают ценным комплексом конструкционных и технологических свойств.

К конструкционным свойствам обычно относят кратковременную и длительную прочность, долговечность, химическую стойкость, тепло- и термостойкость и ряд других функционально важных свойств. К технологическим свойствам - вязкость, жизнеспособность, температуру и время отверждения, срок годности и ряд других.

По комплексу конструкционных и технологических свойств эпоксидные полимеры (смолы) значительно превосходят другие подобные полимеры - полиэфирные, полиуретановые, фенолоформалъдегидные. Здесь перечислены лишь те, которые применяются в строительстве и производятся в промышленном масштабе.

В бетонных и железобетонных конструкциях эпоксидные смолы стали применяться для их ремонта, усиления, соединения отдельных частей, увеличения сцепления «нового» бетона со «старым», устройства декоративных, антикоррозионных и антиадгезионных покрытий, изготовления изделий и деталей

Эпоксидные смолы отличаются молекулярной массой, что вызывает различие в их вязкости. Смолы марок ЭД-25, ЭД-20, ЭД-16 (перечисление в порядке увеличения вязкости) - жидкие, смолы марок ЭД-8, ЭД-10 и др.- твердые. Для первых применяются огвердители, так называемого, холодного отверждения, не требующих нагрева в нормальных (комнатных) условиях. Это - полиэтиленполиамин (НЭПА), гексаметилендиамид (ГМД) и некоторые другие. Особенно удобен первый из упомянутых, который и нашел наибольшее применение. Такие композиции наиболее технологичны, т.е. удобны в применении, по обладают невысокой теплостойкостью (теплостойкость по Мартенсу - не более 60 градусов Цельсия), т.е. размягчаются при этой температуре. В некоторых случаях этого оказывается недостаточно и для повышения теплостойкости, как и других конструкционных свойств, требуется дополнительная термообработка (после отверждения при нормальных условиях) или склеивание с нагреванием.

Композиции на основе твердых смол требуют расплавления при их применении и потому могут отверждаться другими отвердителями, так называемого горячего отверждения - дициандиамидом (ДЦДА), малеиновьтм (МА), фталевым (ФА) ангидридами, триэтаноламином (ТЭА) и др. Смолы с отвердителями холодного отверждения при нагревании будут отверждаться так быстро, что их не успеют использовать. Композиции горячего отверждения дают продукты большей прочности, теплостойкости, и устойчивости к различным внешним воздействия, так как обеспечивают большую степень отверждения, но требуют нагрева, что в некоторых случаях трудно осуществить на практике. Но важно и то, что скорость отверждения здесь будет несравненно больше (минуты или часы, против суток - для холодного отверждения).

Соотношение смолы и отвердителя определяется специальным расчетом и уточняется в ходе эксперимента. Для смолы, например, ЭД-20 это соотношение будет 10:2 (при температуре наружного воздуха не более 20 градусов Цельсия, и 10:1 -при температуре более 20 градусов). Этих двух компонентов уже достаточно для перевода композиции в твердое, нерастворимое состояние. Скорость отверждения можно регулировать в широком пределе, увеличивая или уменьшая количество отвердителя, температуру отверждения или применяя специальные добавки - ускорители или замедлители отверждения, соответственно.

Для получения композиции с заранее заданными свойствами кроме двух, упомянутых выше, компонентов применяются и наполнители. Если это мелкие заполнители - получаем полимерраствор, если применены еще и крупные -полимербетон. В качестве мелкого наполнителя может использоваться и цемент (обязательно нужны сухие наполнители, а цемент всегда сухой), но он не является здесь связующим, всего лишь инертным материалом. Строго говоря, наполнитель участвует в образовании внутренней структуры, бывают и активные наполнители, но связующим является все же смола. Но есть особая группа материалов, где связующим является и полимер и цемент. Такие материалы называются полимерцементными растворами или бетонами, но полимер здесь должен растворяться в воде. Есть еще один интересный материал - бетонополимер. Это обычный цементный бетон, пропитанный с поверхности жидким полимером, который затем затвердевает в толще бетона у его поверхности.

Кроме упомянутых выше компонентов в клей нередко вводят различного рода модификаторы, растворители, пигменты и красители, антипирены, токопроводящие добавки, антиоксиданты и пр., что дает возможность придать полимеру фукционально важные свойства.

Применение эпоксидных полимеров в бетонных и железобетонных конструкциях не является чем-то экзотическим и надуманным, как это может показаться на первый взгляд. Уже давно клеи, мастики, клейстеры, замазки, шпаклевки, подмазки, грунтовки применяются при выполнении многочисленных строительных процессов. Некоторые исследователи и обычные кладочные растворы называют минеральными клеями. При кирпичной кладке в сейсмоопасных районах Строительные Нормы требуют и в обычный раствор добавлять полимеры для увеличения адгезионных свойств. Адгезия (способность прилипать) требуется во многих строительных процессах, таких как штукатурные, малярные, облицовочные, стекольные и др. И весь технологический процесс здесь направлен на достижение указанной цели. Однако, есть процессы, где адгезия нежелательна и от нее всеми силами пытаются избавиться или хотя бы уменьшить: например, при транспортировании бетона или раствора, когда нежелательно прилипание бетона к опалубке, таре, деталям растворонасоса и пр.

Комплексный (сложный) процесс склеивания состоит из ряда простых (рабочих) процессов:

- приготовление адгезива (так одним словом называют все клеящие материалы);

- подготовка субстрата (так называют все, что надо склеить);

- нанесение адгезива на поверхность субстрата;

- сборка клеевого соединения;

- обжатие (опресовка) клеевого соединения для достижения нужной толщины клеевого шва;

- отверждение адгезива в соединении;

- зачистка клеевого соединения;

- контроль качества.

А начинается работа с проверки пригодности клеев и их компонентов. Эта работа осуществляется в строительных лабораториях. Но и на строительной площадке эту проверку можно провести легко и просто. Есть такой «экспресс - метод»: навеску клея (смола +отвердитель, нужной пропорции, массой несколько грамм) наносят на металлическую пластинку из тонкой жести и нагревают открытым огнем; хотя бы горящей газетой. Через несколько секунд смесь нагреется, расплавится, а затем вспенится и отвердеет. Это то, что надо! Отвердитель соответствует смоле, дееспособен, пропорция (клей - отвердитель) составлена правильно. Появляется твердая уверенность, что и в соединении клей затвердеет, хотя и не так скоро. Если же при экспресс-испытании клей не затвердел, то это означает, что клеить нельзя: не тот отвердитель. не то соотношение компонентов.

Количество одновременно приготовленного клея (его масса) не должно превышать 300 грамм, иначе его не удастся использовать по назначению, клей затвердеет раньше, чем вы успеете его использовать. Время, в течение которого клей можно использовать по назначению, называется жизнеспособностью клея.

Дозирование компонентов производится по массе или по объему. Перемешиваются компоненты клея вручную, но можно использовать клеемешалки, краскотерки. Хорошо зарекомендовал себя метод, когда в ведро с клеем погружается лопасти шпинделя электродрели. Скорость вращения не должна превышать 1об./сек, иначе произойдет нежелательное вспенивание клеевой массы. Тару для клея лучше всего использовать полиэтиленовую, так как ее легче освободить от остатков затвердевшего клея: стоит только помять стенки тары и остатки затвердевшего клея легко отслоятся.

Наносят клей на обе соединяемые поверхности и удерживают в проектном положении необходимое для набора минимальной (разборной) прочности время. Временное крепление субстрата (обжатие клеевого шва) осуществляется пригрузом, струбцинами, болтами, специальным кондуктором и пр.

Заключительный этап производства работ - зачистка клеевого шва от потеков клея. Делать это надо сразу же, не дожидаясь отверждения клея или его остывания при склеивании с прогревом, так как потом это будет сделать значительно труднее.

Ускорить склеивание - сократить время выполнения основных технологических процессов - можно совмещением работ или уменьшением времени выполнения отдельных технологических операций. Наибольший эффект дает ускорение отверждения клея в соединении, что можно добиться увеличивая температуру отверждения.

В строительной науке и практике отработаны многие методы прогрева клеевых стыков сборных бетонных и железобетонных конструкций, но наиболее эффективными оказались следующие:

-применение тепляков - укрытий, где поддерживается необходимая, часто

минимальная положительная температура:

-применение греющей опалубки;

-прогрев субстрата у границы клеевого шва:

-прогрев непосредственно клеевого шва специальным электронагревателем или электропрогревом клеевого шва, используя клей со специальными токопроводящими наполнителями;

-индукционный способ прогрева клеевых стыков, в которых используются ферромагнитные элементы, например, арматурные стержни или стальные закладные детали конструкции.

Значительный интерес представляет использование твердых клеев. В этом случае возможно приготовлять однокомпонентные клеевые композиции, полностью оснащенные для ускоренного и зимнего склеивания, так как жизнеспособность таких клеев (например, с ДЦДА) составляет более года.

Прогрев непосредственно клеевого шва наиболее эффективен по затратам тепловой (электрической) энергии, так потери тепла здесь минимальны и не приходиться прогревать всю толщу бетона или тем более воздуха, как в тепляке. В качестве нагревательного элемента используются тонкие металлические сетки, электропрогрев клеевой композиции, специально для этой цели наполненной токопроводящими наполнителями (например, ацетиленовой сажей совместно с железным порошком, что создает достаточную электрическую проводимость и необходимую для склеивания бетона прочность).

Хорошие результаты дает индукционный способ прогрева клеевых стыков, имеющих стальную (ферромагнитную) арматуру. Индуктор (сварочный кабель, намотанный на стык железобетонных элементов) вызывает в арматурных стержнях вихревые токи, которые разогревают её, а затем по механизму теплопроводности и саму клеевую массу, вызывая ее отверждение.

В нашей стране и за ее рубежами накоплен большой опыт применения эпоксидных смол в бетонных и железобетонных конструкциях. Многолетний срок эксплуатации клееных конструкций показал их надежность и долговечность. Но клеи требуют большей культуры производства, строгого выполнения всех технологических правил. Нужны квалифицированные кадры инженеров, техников, рабочих, знающих и умеющих работать с новым замечательным материалом - эпоксидными смолами.

Дата добавления: 2015-06-29